CC BY
153. Маркина Л.Д., Маркин В.В. // М.: Медицина — Здоровье. — 2005. — Т.1.— С. 197.
4. Маторова Н.И., Ефимова Н.В., Батурин В.А. // Мед. труда. — 2003. — №3. — С. 75-77.
5. Пирогова Е.А., Иващенко Л.А, Страпко Н.П. // Киев: Здоров'я, 1986. —152 с.
6. Семенов Ю.Н. // Эколого-физиологические проблемы адаптации: М-алы XII Междунар. Симп. — М.: РУДН, 2007. — С. 394-396.
7. Смагулов Н.К., Голобородько Е.А. // Вестн. Тверского гос. университета. Серия: биология и экология. — 2009. — №15. — С. 45-53.
8. Смагулов Н.К., Кулкыбаев Г.А. // Монография. — Алма-ты: «FbiAbiM», 1993. —129 с.
REFERENCES
1. Aver'yanov V.S., Vinogradova OV., Kapustin K.G. et al. // Fiziologiya cheloveka. — 1984. — V. 10. — 1. — Р. 23-30 (in Russian).
2. Kant V.I. Moscow: Meditsina, 1997. — 224 p. (in Russian).
3. Markina L.D., Markin VV. Moscow: Meditsina — Zdorov'e, 2005. — V. — 1. — р. 197 (in Russian).
4. Matorova N.I., Efimova NV., Baturin V.A. // Industrial medicine, 2003. — 3. — Р. 75-77 (in Russian).
5. Pirogova E.A., Ivashchenko L.A, Strapko N.P. Kiev: Zdorov'ya. 1986. — 152 p. (in Russian).
6. Semenov Yu.N. Ecologic and physiologic problems of adaptation: Proc. of XII international symposium. — Moscow: RUDN, 2007. — Р. 394-396 (in Russian).
7. Smagulov N.K., Goloborod'ko E.A. // Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: biologiya i ekologiya. 2009.
— 15. — Р. 45-53 (in Russian).
8. SmagulovN.K., Kulkybaev G.A. — Almaty: «Fylym», 1993.
— 129 p. (in Russian).
Поступила 15.07.2014
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Смагулов Нурлан Кемельбекоеич,
проф. каф. гиг. питания, общ. гиг. и экологии Карагандинского государственного медицинского университета. E-mail: msmagulov@yandex.kz. Мухаметжаное Амантай Муканбаееич,
нач. воен. каф. Карагандинского государственного медицинского университета. E-mail: a.muhamed@bk.ru.
УДК 616.89-008.42:629.07:577.352.24
Н.А.Лемещенко1, А.И.Иванов1, В.В.Лапа1, В.В.Давыдов1, В.И.Желонкин2, В.А.Рябинин1, С.Ю.Голосов1,3
ОСОБЕННОСТИ ВОСПРИЯТИЯ ЛЕТЧИКОМ ПИЛОТАЖНОЙ ИНФОРМАЦИИ, ОТОБРАЖАЕМОЙ НА БОРТОВЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ИНДИКАТОРАХ
Научно-исследовательский испытательный центр (авиационно-космической медицины и военной эргономики) 4 ЦНИИ
Минобороны России, Москва Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского, Москва 3ГБО ВПО Первый московский государственный медицинский университет имени С.М. Сеченова, Москва
Представлены результаты экспериментальных исследований на пилотажном стенде особенностей восприятия летчиком информации о параметрах полета с бортового жидкокристаллического индикатора в зависимости от скорости их изменения и частоты обновления информации на экране.
Определены частотные характеристики обновления информации, при которых достигается приемлемое качество восприятия пилотажных параметров в зависимости от скорости их изменения. При энергичном маневрировании с большими угловыми скоростями изменения параметров крена и тангажа визуальные искажения, связанные с недостаточной частотой обновления информации, приводят к ухудшению качества пилотирования и являются фактором риска снижения безопасности полета.
Ключевые слова: электронный дисплей, факторы полета, частотные характеристики, качество восприятия, кодирование информации.
N.A.Lemeshenko1, A.I.Ivanov1, VV.Lapa1, VVV.Davydov1, V.I.Zhelonkin2, V.A.Ryabinin1, S.Yu.Golosov1,3. Peculiarities of pilot's perception of flight information presented on on-board liquid crystal displays
Scientific research testing center of aerospace medicine and military ergonomics 4 th Research Institute of Defense Ministry, Moscow
2Zhukovsky Central Aerohydrodynamics Institute, Moscow
3First Moscow state medical University named S.M. Sechenov, Moscow
The article deals with results of experimental studies conducted on flight testing desk and covering peculiarities of pilot's perception of flight information presented on on-board liquid crystal display in dependence on changes speed and update rate of the screen.
The authors determine frequency characteristics of information update rate, that achieve acceptable quality of the flight parameters perception in accordance with the changes speed. Vigorous maneuvering with high angular velocities of changed parameters of roll and pitch causes visual distortions that are connected with poor frequency of information update rate, deteriorate piloting quality and can cause flight unsafety.
Key words: electronic display, flight factors, frequency characteristics, perception quality, information coding.
Совершенствование системы отображения информации на современных летательных аппаратах связывается с использованием бортовых электронных индикаторов, сопряженных с цифро-аналоговыми устройствами, способными к анализу, синтезу и интеграции многообразной полетной информации [1,2].
Опыт эксплуатации конкретных электронных индикаторов выявил наличие таких искажений изображения как ступенчатость, сползание линий, пространственная нестабильность (дрожание) изображения и др. Эти искажения могут отрицательно влиять как на эффективность пилотирования, так и на работоспособность летчика, привести к развитию зрительного утомления, особенно при длительной работе. После 5-6 часов работы по жидкокристаллическому пилотажному индикатору в дневных условиях отмечалось умеренное повышение порога яркостной (на 15-20%) и частотно-контрастной (на 15-30%) чувствительности, свидетельствующее о функциональном перенапряжении нейрорецепторного отдела зрительного анализатора. На основе количественных зависимостей надежности восприятия знаково-символьной информации на экране индикатора от ее энергетических и пространственных характеристик (углового размера, яркостного контраста, цветового контраста знака и фона) были определены требования к пространственно-энергетическим характеристикам изображения [3]. Не менее важной характеристикой авиационных жидкокристаллических индикаторов, определяющей качество восприятия информации, является так же частота ее обновления. Как свидетельствует практика, при использовании индикаторов с частотой обновления информации 20-40 Гц появляются визуальные искажения в виде размытости контуров, дискретности изменения положения, расщепления или удвоения индицируемых элементов шкал, затрудняющие восприятие угловых и линейных перемещений шкал, а также их отсчётных элементов. В этой связи определение частоты обновления информации на экране пилотажного жидкокристаллического индикатора, обеспечивающей надежность ее восприятия с учетом используемых типов шкал и динамики изменения индицируемых параметров, имеет большое значение для практики их создания и безопасного использования.
Цель исследования состояла в определении частотных характеристик обновления на экране авиационных электронных индикаторов информации о пилотажно-навигационных параметрах полета в зависимости от скорости их изменения.
Материал и методика. Исследования проводились на диалогово-моделирующем пилотажном стенде, вычислительный комплекс которого состоял из персональных компьютеров, соединенных в локальную сеть. Программное обеспечение стенда позволяло сформировать на ЖК-экране персонального компьютера информационный кадр пилотажного индикатора, предусматривавший использование основных типов представления информации (счетчики, подвижные и неподвижные шкалы, обеспечивающие индикацию изменения параметров посредством линейных и угловых перемещений стрелок, индексов и шкал).
Для реализации отображения параметров полета с определенными точностными и скоростными характеристиками выходные параметры задавались в виде: F(A, ю) = А $ш(и&), где: А — амплитуда входного сигнала, и — частота входного сигнала, & — временной интервал, определяемый задаваемой скоростью регенерации экрана персонального компьютера.
Амплитуда и частота входных сигналов выбирались из условия обеспечения: максимальной, высокой (0,75 от максимальной), средней (0,5 от максимальной) и малой (0,25 от максимальной) скоростей изменения параметров. Максимально возможные скорости изменения индицируемых параметров были приняты следующими: по углу тангажа — 50 град/с; по углу крена — 250 град/с; по углу курса — 80 град/с; по высоте — 300 м/с; по V — 100 км/ч; по углу атаки — 50 град/с; по нормальной перегрузке — 20 ед/с.
Проведено две серии экспериментов. В первой — оператору на экране компьютера предъявлялся информационный кадр с частотой обновления информации от 20 до 100 Гц при различных скоростях изменения параметров. Задача оператора состояла в оценке качества восприятия и точности считывания задаваемого экспериментатором параметра (крен, тангаж, курс, скорость, высота, перегрузка, угол атаки) по трехбалльной шкале: 3 балла — отсутствие визуальных искажений; 2 балла — наличие визуальных искажений, не оказывающих существенного влияния на качество восприятия и точность оценки параметров; 1 балл — наличие визуальных искажений, существенно затрудняющих восприятие и оценку параметров.
Во второй серии экспериментов оценивалось качество восприятия параметров полета и точность выполнения фигур пилотажа по информационным кадрам на
экране дисплея при частоте обновления информации 20 Гц и 80 Гц.
Летчики выполняли следующие фигуры простого и сложного пилотажа: вираж (у=60°, Н=5000, V=700 км/ч), нисходящую спираль (у=60°, тангаж 30°, V=600 км/ч, Н=5000 м), петлю Нестерова, двойную бочку на горке, переворот, перевернутое пикирование (у=30°, тангаж 20°, V = 800 км/ч, Н= 6000 м), боевой разворот, изменение угла тангажа с + 60° до - 60° с фиксацией самолета в крайнем положении при максимальном темпе, фиксация заданного угла крена 0° при выполнении трех бочек в горизонте при максимально энергичном темпе выполнения фигуры.
Оценивалась точность выполнения фигур пилотажа по статистическим характеристикам отклонений от заданных значений параметров полета. Кроме того, летчики давали субъективные оценки качества восприятия параметров полета по вышеприведенной шкале.
В экспериментах приняли участие 7 операторов и 3 летчика. Выполнено более ста фигур пилотажа и 1200 предъявлений экранных изображений.
Баллы, ед.
Скорость изменения параметров полета:
Минимальная -*- Средняя » Высокая -■»-- Максимальная
Рис. Обобщенные субъективные оценки качества восприятия параметров полета в зависимости от скорости их изменения и частоты обновления информации
Результаты исследования и их обсуждение.
Обобщенные субъективные оценки качества восприятия параметров полета, отображаемых на шкалах, в зависимости от скорости их изменения и частоты обновления информации представлены на рис.
Их анализ показывает, что при частоте обновления информации до 30 Гц летчики испытывали существенные затруднения в восприятии пилотажных параметров независимо от скорости их изменения (оценки 1-1,3 балла). При частоте обновления информации в диапазоне 40-60 Гц качество восприятия улучшается и становится приемлемым (2,3 балла) только при малых скоростях изменения параметров. При средних и высоких скоростях изменения параметров аналогичное качество восприятия (2,3
балла) имеет место только при частоте обновления информации 70 Гц. Наиболее высокое качество восприятия для всего диапазона исследуемых скоростей изменения параметров наблюдается при частотах обновления информации 80-100 Гц. Отмеченная закономерность была характерна для восприятия и считывания значений параметров с основных типов шкал, а именно: оценки параметра по угловому движению шкалы (курс); оценки параметра по угловому перемещению отсчетного индекса (крен); оценки параметра, индицируемого линейным перемещением шкалы (тангаж) или отсчетных элементов (на шкалах угла атаки и нормальной перегрузки). Затруднения в считывании параметров были связаны с восприятием дискретного перемещения шкал и их отсчетных элементов, удвоением или «расщеплением» символов, «размыванием» контуров и дрожанием движущихся элементов индикации, возникновением иллюзии «обратного» движения шкалы и оцифровки.
Качество восприятия счетчиков не зависело от частоты обновления информации и оказалось высоким во всем диапазоне исследуемых частот.
Результаты субъективной оценки качества восприятия параметров при выполнении фигур простого и сложного пилотажа представлены в табл. 1. Как видно из таблицы, при выполнении фигур простого пилотажа (вираж, нисходящая спираль) с частотой обновления информации 20 Гц оценки, хотя и были ниже полученных при частоте 80 Гц, однако находились в диапазоне 2,1-2,2 балла. При выполнении фигур сложного пилотажа с частотой обновления информации 20 Гц оценки были значительно хуже (не выше 1 балла), чем при обновлении информации с частотой 80 Гц (2,2-2,5 балла).
Анализ качества пилотирования на установившихся режимах и при выполнении фигур простого пилотажа не выявил значимых различий исследуемых показателей в зависимости от частоты обновления информации.
Таблица 1
Обобщенные субъективные оценки качества восприятия параметров полета в зависимости от частоты обновления информации на экране индикатора, баллы
Фигура пилотажа Оценка качества восприятия
20 Гц 80 Гц
Вираж 2,2 2,7
Нисходящая спираль 2,1 2,5
Петля 1,0 2,3
Двойная бочка на горке 1,0 2,2
Переворот 1,0 2,3
Боевой разворот 1,0 2,5
При энергичном маневрировании, как видно из табл. 2, точностные и временные характеристики изменения пространственного положения самолета по крену и тангажу были значительно хуже в случае ис-
Таблица 2
Точностные и временные характеристики изменения пространственного положения самолета по тангажу и крену в зависимости от частоты обновления информации на экране индикатора
Тип маневра Среднее время выполнения маневра, с Величина среднеквадратического отклонения (ст) от заданных значений при фиксации параметра, град
20 Гц 80 Гц 20 Гц 80 Гц
Изменение угла тангажа с + 60° до - 60° с его фиксацией 10,0 5,6 20,2 6,1
Фиксация угла крена 0° после выполнения трех бочек в горизонте 7,8 6,0 18,9 5,9
пользования частоты 20 Гц в сравнении с частотой 80 Гц. По субъективным отчетам летчиков, отмеченные ухудшения связаны с затруднением оценки скорости изменения угла тангажа из-за искажения (удвоения) отметок на шкале и «расщеплением» символа силуэта самолета при оценке величины крена.
Таким образом, результаты экспериментов показали, что ухудшение качества восприятия информации связано с возникновением весьма обширного и неточно очерченного круга явлений, называемых стробоскопическими. Эти явления обычно объясняют инерцией зрения. Одним из субъективных проявлений стробоскопического эффекта является одновременное восприятие нескольких контуров перемещающего предмета или изображения. В основе всех стробоскопических явлений лежит прерывистость наблюдения и свойство зрительной системы сохранять ощущение в течение некоторого времени после прекращения действия светового стимула. Для случая восприятия визуальной информации с экрана ЖК-индикатора прерывистость наблюдения вызвана сменой кадров. Частота смены кадров определяет период времени Т0, во время которого элемент изображения индицируется на экране в точке Допустим, на следующем кадре точка Б; сместится на некоторое расстояние 1; относительно точки Стробоскопический эффект будет наблюдаться при выполнении двух условий. Первое: величина смещения 1; должна обеспечивать раздельное видение точек и Б;, то есть быть больше разрешающей способности зрения. Второе: период Т0 должен быть короче времени сохранения зрительного ощущения, инерции зрения. При выполнении этих условий смена кадров приведет к тому, что наблюдатель вместо появления нового изображения точки Б; увидит на экране две точки, расположенные на расстоянии 1;.
В качестве величины разрешающей способности зрения наблюдателя с нормальным зрением обычно принимается величина, равная 1 угл. мин. Для стандартного расстояния наблюдения экрана 80 см в линейных единицах измерения она составит около 0,23 мм. Данные по времени инерции зрения так же имеются в литературе. В табл. 3 представлены значения времени инерции зрения 1:ин в зависимости от яркости фона адаптации [4].
Таблица 3
Время инерции зрения в зависимости от яркости фона адаптации (А.В. Луизов, 1961)
Яркость фона, кд/м2 0,03 0,3 1,0 3,0 30 300
Время инерции, с 0,15 0,13 0,1 0,08 0,06 0,05
Как видно из представленных данных, время инерции зрения соизмеримо или больше периода предъявления кадра в рабочем диапазоне частот смены кадров на современных индикаторах (при частотах 20-100 Гц время предъявления кадра 0,05-0,01 с). В этих условиях основным фактором, обуславливающим появление стробоскопического эффекта, выступает величина перемещения точки за период смены кадров, то есть скорость изменения индицируемого параметра. Принимая в качестве критической, по признаку появления стробоскопического эффекта, величину смещения точки, равную 0,23 мм, можно определить максимальную скорость перемещения точки на экране при различной частоте смены кадров (табл. 4).
Теоретические расчеты показывают, что чем выше частота смены кадров, тем шире возможности индикации быстро меняющихся пилотажных параметров.
Таблица 4
Скорость перемещения точки на экране индикатора, не вызывающая появления стробоскопического эффекта
Частота смены кадров, Гц 20 40 60 80 100
Максимальная скорость перемещения точки, мм/с 4,6 9,2 13,8 18,4 23,0
Таким образом, задача уменьшения выраженности стробоскопического эффекта при наблюдении подвижных изображений на экране индикатора сводится к определению критической частоты смены кадров, при которой величина смещения точки Б. на следующем кадре будет меньше разрешающей способности зрения. В этих условиях наблюдатель увидит плавное перемещение точки по экрану.
Полученные в экспериментах результаты подтвердили описанную закономерность и позволили определить частоту обновления информации о параметрах полета на экране жидкокристаллического индикатора, при которой обеспечивается высокое качество их восприятия.
Выводы. 1. Качество восприятия и надежность считывания значений параметров полета, отображаемых на экране жидкокристаллического индикатора, зависят от частоты обновления информации и скорости изменения параметра. 2. При частоте обновления информации на экране МФИ менее 70 Гц выявлены визуальные искажения, затрудняющие восприятие и оценку параметров по угловым и линейным перемещениям шкал или отсчетных элементов, которые проявляются: дискретностью изменения положения индицируемых элементов; «мультиплицированием» (расщеплением, удвоением и т.п.) символов, особенно имеющих большие линейные размеры (стрелки, символ силуэта самолета, отсчетные линии шкалы тангажа); размытостью контуров элементов индикации; стробоскопическим эффектом (иллюзией «обратного» движения шкалы и оцифровки) на всех типах шкал. Степень проявления отмеченных искажений зависит от скорости изменения параметра, возрастая от минимальной к максимальной. 3. Качество и надежность восприятия параметров, индицируемых цифровыми счетчиками, не зависят от частоты обновления информации на экране МФИ, о чем свидетельствуют высокие субъективные оценки операторов во всем диапазоне исследуемых частот. 4. При энергичном маневрировании с большими угловыми скоростями изменения параметров крена и тангажа наиболее высокое качество восприятия их значений отмечается при частоте обновления информации 80-100 Гц. Визуальные искажения, связанные с недостаточной частотой обновления информации, приводят к ухудшению качества пилотирования и являются фактором риска снижения безопасности полета.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аеаее А.Л., Морин С.Ф., Коваленко П.А. // Авиакосмич. приборостроение. — 2003. — №1. — С.43-48.
2. Боровицкий Д. // Зарубежное военное обозрение. — 2005. — №2. — С. 42-48.
3. Давыдов В.В., Иванов А.И., Лапа В.В., Лемещенко Н.А., Рябинин В.А., Чунтул А.В. // Вестн. Межд. академии проблем человека в авиации и космонавтике. — 2007. — №3 (26) . — С. 40-50.
4. Луизов А.В. Инерция зрения. — М.: Оборонгиз, 1961. — С. 60.
REFERENCES
1. Avaev A.L., Morin S.F., Kovalenko P.A. // Aviakosmicheskoe priborostroenie. — 2003. — 1. — Р. 43-48 (in Russian).
2. Borovitskiy D. // Zarubezhnoe voennoe obozrenie. — 2005.
— 2. — Р. 42-48 (in Russian).
3. Davydov VV., Ivanov A.I., Lapa VV., Lemeshchenko N.A., Ryabinin V.A., Chuntul AV. // Vestnik Mezhdunarodnoy akademii problem cheloveka v aviatsii i kosmonavtike. — 2007. — 3 (26).
— Р. 40-50 (in Russian).
4. Luizov AV. Vision inertia. — Moscow: Oborongiz, 1961.
— 60 p. (in Russian).
Поступила 02.12.2013
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Лемещенко Николай Александрович,
вед. науч. сотр. НИИЦ (авиационно-космической медицины и военной эргономики) 4 ЦНИИ МО РФ, канд. мед. наук. Тел.: 8(495) 612-83-12. Иванов Александр Иванович,
вед. науч. сотр. НИИЦ (авиационно-космической медицины и военной эргономики) 4 ЦНИИ МО РФ, д-р мед. наук. Тел.: 8(495) 612-83-12. Лапа Виталий Васильевич,
гл. науч. сотр. НИИЦ (авиационно-космической медицины и военной эргономики) 4 ЦНИИ МО РФ, д-р мед. наук. Тел.: 8(495) 612-83-12. Давыдов Валентин Васильевич,
ст. науч. сотр. НИИЦ (авиационно-космической медицины и военной эргономики) 4 ЦНИИ МО РФ, канд. мед. наук. Тел.: 8(495) 612-83-12. Желонкин Владимир Иванович,
ст. науч. сотр. ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, канд. техн. наук. Тел.: 8 (495) 556-42-88. Рябинин Вадим Александрович,
нач. отд. НИИЦ (авиационно-космической медицины и военной эргономики) 4 ЦНИИ МО РФ, канд. мед. наук. E-mail- tentoria72@mail.ru Голосов Сергей Юрьевич,
зам. нач. отд. НИИЦ (авиационно-космической медицины и военной эргономики) 4 ЦНИИ МО РФ, канд. мед. наук. E-mail- seregavmola@mail.ru.
УДК 629.7.07:534.78:616.28-008.1
А.И. Иванов1,О.Н. Корсун2, В.А. Большакова1, А.Г. Меркулова1
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЧИ ДИКТОРОВ-ПИЛОТОВ С НАРУШЕНИЯМИ СЛУХА В ИНТЕРЕСАХ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ РЕЧЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ БОРТОВЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ*
ФГБУ «НИИ МТ» РАМН, Москва, 2ФГУП «ГосНИИАС», Москва
Проведено сравнительное экспериментальное исследование характеристик речи дикторов с нормальным слухом и дикторов-пилотов с нарушением слуха в форме нейросенсорной тугоухости. В качестве критериев оценки
* Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант РФФИ 13-08-00530.
